KR20190100065A - Apparatus and method for calculating State Of Charge - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for calculating the charging capacity of an energy storage system.
구체적으로는, 확장 칼만 필터에 사용되는 전압 모델의 정확도를 높여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to an apparatus and a method for accurately calculating the charging capacity of an energy storage system by increasing the accuracy of a voltage model used in an extended Kalman filter.
산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며 주야간, 계절간, 일별간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다. 최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크 부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있다.With the development of the industry, the demand for electric power is increasing, and the gap of electric power usage between day and night, season and daily is deepening. For this reason, many techniques are being developed rapidly to reduce peak loads using the surplus power of the system.
이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 에너지 저장 시스템이다.Typical of these technologies is an energy storage system that stores surplus power in the system in the battery or supplies the system's underpower from the battery.
이러한 에너지 저장 시스템의 수명을 오래 유지하고 안전하게 사용하기 위해서는 에너지 저장 시스템을 적정 충전용량 범위 안에서 구동하여야 하고, 에너지 저장 시스템의 수명은 충/방전 횟수에 따라 크게 달라진다.In order to maintain long life and safely use the energy storage system, the energy storage system must be operated within an appropriate charging capacity range, and the life of the energy storage system varies greatly depending on the number of charge / discharge cycles.
따라서 에너지 저장 시스템의 전류, 전압 및 온도를 측정하여 에너지 저장 시스템의 충전용량(SOC)를 정확히 산출함에 따라 에너지 저장 시스템의 상태를 파악하는 것이 중요하다.Therefore, it is important to know the state of the energy storage system by measuring the current, voltage and temperature of the energy storage system and accurately calculating the charging capacity (SOC) of the energy storage system.
종래의 에너지 저장 시스템의 충전용량(SOC)를 산출하는 방법은 전류 적산법이 있었다. 그러나 종래의 전류 적산법은 전류를 측정하는 전류 센서에 오차가 존재하고, 전류를 적산하는 과정에서 전류 센서의 오차 또한 적산되어 정확한 충전용량을 산출하기는 어려웠다.The method of calculating the charge capacity (SOC) of the conventional energy storage system has a current integration method. However, in the conventional current integrating method, there is an error in the current sensor measuring the current, and in the process of integrating the current, the error of the current sensor is also integrated so that it is difficult to calculate an accurate charging capacity.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 다른 종래 기술로는, 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 때, 상기 전류 센서에서 측정되는 전류를 기반으로 충전용량을 산출하는 전류 적산 방식과 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 확장 칼만 필터에 대입하여 충전용량을 산출하는 방법이 있었다.Another conventional technique for solving the conventional problems, the current integration method for calculating the charge capacity based on the current measured by the current sensor when calculating the charge capacity of the energy storage system and the voltage model of the energy storage system Was substituted into the Extended Kalman filter to calculate the filling capacity.
그러나, 종래의 확장 칼만 필터에 전류 적산 방식과 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 사용하는 기술에서도 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)의 정확도가 떨어져서 최종적으로 산출되는 충전용량에 오차가 발생하는 문제점이 여전히 존재하였다.However, even in the technique using the current integration method and the voltage model of the energy storage system in the conventional extended Kalman filter, the accuracy of the resistance (R) and the capacitance (C) used to calculate the voltage model of the energy storage system is inferior and finally calculated. There was still a problem that an error occurs in the charging capacity.
따라서, 본 발명에서는 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하고, 전압 모델의 비중이 높은 칼만 필터를 사용하여 최종적으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 충전용량의 오차를 줄이는 장치 및 방법을 제안한다.Therefore, the present invention accurately calculates the resistance (R) and capacitance (C) used to calculate the voltage model of the energy storage system, and charges the energy storage system finally calculated using a Kalman filter having a high specific gravity of the voltage model. An apparatus and method for reducing the error in capacity are proposed.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 정확하게 산출하여 에너지 저장 시스템의 정확한 충전용량을 산출하는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention is to solve the conventional problems, and to provide an apparatus and method for calculating the exact charging capacity of the energy storage system by accurately calculating the voltage model of the energy storage system.
보다 구체적으로는 에너지 저장 시스템의 전압 모델에 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하여 정확한 전압 모델을 확장 칼만 필터에 대입함으로써, 정확한 충전용량을 산출하는 장치 및 방법을 제공한다.More specifically, the present invention provides an apparatus and a method for calculating accurate charge capacity by accurately calculating resistance (R) and capacitance (C) used in a voltage model of an energy storage system and inserting an accurate voltage model into an extended Kalman filter.
본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 방법은, 상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 전류 인가 단계, 상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되는 동안의 상기 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제1 전압 측정 단계, 상기 에너지 저장 시스템에 인가되던 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 끊은 후, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제2 전압 측정 단계, 상기 제1 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 저항(R) 및 커패시턴스(C) 산출 단계를 포함하여 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of calculating a resistance (R) and a capacitance (C) of an energy storage system includes: applying a current having a predetermined value to the energy storage system; A first voltage measurement step of measuring a voltage of the energy storage system while a predetermined current having a constant value is applied, and after breaking a predetermined current having a constant value applied to the energy storage system, the voltage of the energy storage system The second voltage measuring step of measuring the energy, the voltage of the energy storage system measured in the first voltage measuring step, the voltage of the energy storage system measured in the second voltage measuring step and the energy based on a predetermined current having the constant value Calculating a resistance (R) and a capacitance (C) for calculating a resistance (R) and a capacitance (C) of the storage system. Over it can be configured.
상기 전류 인가 단계에서 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는 c-rate가 낮은 전류이다.The predetermined current having a constant value applied in the current application step is a low c-rate current.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 낮은 c-rate로 산출된 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 기반으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 전압 모델 및 확장 칼만 필터를 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법은, 상기 확장 칼만 필터의 상태 변수를 산출하는 상태 변수 산출 단계, 상기 상태 변수를 상기 확장 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 에너지 저장 시스템 충전용량 산출 단계를 포함하여 구성될 수 있다.The charging capacity of the energy storage system is calculated by using an extended Kalman filter and a voltage model of the energy storage system calculated based on the resistance (R) and the capacitance (C) calculated at low c-rate according to another embodiment of the present invention. The method may include a state variable calculating step of calculating a state variable of the extended Kalman filter, and an energy storage system charge capacity calculating step of substituting the state variable into the extended Kalman filter to calculate a charging capacity of an energy storage system. Can be.
상기 확장 칼만 필터는, 상기 상태 변수를 시간 업데이트 시키는 단계, 상기 상태 변수의 오차 공분산을 시간 업데이트하는 단계, 상기 확장 칼만 필터의 칼만 게인(gain)을 산출하는 단계, 상기 게인(gain)을 이용하여 상태 변수를 추정하는 단계, 상기 게인(gain)을 이용하여 상기 상태 변수의 오차 공분산을 보정하는 단계를 반복 수행할 수 있다.The extended Kalman filter includes time updating the state variable, time updating the error covariance of the state variable, calculating a Kalman gain of the extended Kalman filter, and using the gain. The estimating of the state variable and the step of correcting the error covariance of the state variable using the gain may be repeatedly performed.
상기 상태 변수 산출 단계는, 상기 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태변수를 생성하는 충전용량 상태변수 산출 단계 및 상기 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태변수를 생성하는 전압 상태변수 산출 단계를 포함하여 구성될 수 있다.The calculating of the state variable includes: calculating a charging capacity state variable for generating a state variable for the charging capacity of the energy storage system and calculating a voltage state variable for generating a state variable for the voltage of the energy storage system. Can be.
상기 충전용량 상태변수 산출 단계는, 상기 에너지 저장 시스템의 전류를 적산하여 충전용량 상태 변수를 산출하고, 산출된 충전용량 상태변수는 확장 칼만 필터에서 수식1을 기반으로 상기 에너지 저장 시스템의 전류를 적산하여 산출된 충전용량 상태 변수를 시간 업데이트 할 수 있다.In the charging capacity state variable calculating step, the charging capacity state variable is calculated by integrating the current of the energy storage system, and the calculated charging capacity state variable is integrated with the current of the energy storage system based on
(수식1)(Formula 1)
(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)(Q_capacity: secondary battery capacity, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
상기 전압 상태 변수 산출 단계는, 전압 모델 회로를 사용하여 상기 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하고, 상기 산출된 전압 상태변수는 확장 칼만 필터에서 수식 2를 기반으로 상기 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 시간 업데이트 할 수 있다.In the calculating of the voltage state variable, a voltage state variable of the energy storage system is calculated using a voltage model circuit, and the calculated voltage state variable is a voltage state variable of the energy storage system based on
(수식2)(Formula 2)
(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)(Where R1 and C1 are resistance and capacitance values included in the circuit model of FIG. 5, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은, 복수개의 배터리 랙; 및 상기 복수개의 배터리 랙을 제어하는 BSC(Battery Section Controller)를 포함하여 구성되며, 상기 BSC는, 에너지 저장 시스템의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부, 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부, 0,1c-rate의 전류로 산출된 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C) 룩업 테이블이 저장되어 있는 저장부 및 상기 측정된 전압과 전류 및 산출된 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전 용량을 산출하는 충전 용량 산출부를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the energy storage system according to an embodiment of the present invention, a plurality of battery rack; And a battery section controller (BSC) for controlling the plurality of battery racks, wherein the BSC includes a voltage measuring unit measuring an output voltage of an energy storage system and a current measuring unit measuring an output current of the energy storage system. Based on the measured voltage and current and the calculated resistance and capacitance of the storage unit storing the resistance (R) and the capacitance (C) lookup table of the energy storage system for each temperature calculated as a current of 0,1c-rate. It may be configured to include a charge capacity calculation unit for calculating the charge capacity of the energy storage system.
상기 전압 측정부는, 상기 에너지 저장 시스템에 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압인 제1 전압 및 상기 에너지 저장 시스템에 인가되는 전류가 끊긴 후에 에너지 저장 시스템의 전압인 제2 전압을 측정할 수 있다.The voltage measuring unit measures a first voltage which is a voltage of the energy storage system while a predetermined current is applied to the energy storage system and a second voltage which is a voltage of the energy storage system after the current applied to the energy storage system is cut off. can do.
상기 충전 용량 산출부는, 상기 룩업 테이블의 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태 변수를 산출하는 전압 상태 변수 산출부, 및 상기 측정된 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태 변수를 산출하는 충전용량 상태 변수 산출부를 포함하여 구성되며, 상기 산출된 전압 상태 변수 및 충전용량 상태 변수를 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 수 있다.The charge capacity calculator may include a voltage state variable calculator configured to calculate a state variable with respect to a voltage of an energy storage system based on the resistance and capacitance of the lookup table, and a current integration method that integrates the output current of the measured energy storage system. And a charge capacity state variable calculation unit for calculating a state variable for the charge capacity of the energy storage system, and substituting the calculated voltage state variable and the charge capacity state variable into a Kalman filter to determine the charge capacity of the energy storage system. Can be calculated.
본 발명은, 에너지 저장 시스템의 전압 모델에 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 정확하게 산출할 수 있다.The present invention can accurately calculate the voltage model of the energy storage system by accurately calculating the resistance (R) and the capacitance (C) used in the voltage model of the energy storage system.
또한, 본 발명은 정확한 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출함으로써, 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출할 수 있다.In addition, the present invention can accurately calculate the charge capacity of the energy storage system by calculating the voltage model of the accurate energy storage system.
도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 확장 칼만 필터의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압 모델 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 실제 실험 방법(DCPR)을 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 전압 모델을 기반으로 산출된 방전 후의 충전용량의 변화와 본 발명의 전압 모델 산출 방법으로 산출된 충전용량의 변화를 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압을 산출하는 전압 모델 회로이다.
도 6은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 종래 기술(전류 적산 방법만 사용)로 산출된 충전용량을 비교하는 도면이다.
도 7은 오차 조건을 반영하여 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 기존 알고리즘(높은 c-rate로 산출된 전압 모델 및 칼만필터에서 전압 모델 비중이 낮은 알고리즘을 사용하는 종래기술)으로 산출된 충전용량을 비교하는 도면이다.
도 8은 기존 알고리즘과 본 발명의 충전용량 추정 방법을 사용하여 용량 테스트를 한 결과를 비교한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of calculating a resistance R and a capacitance C used to calculate a voltage model of an energy storage system of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an operation of an extended Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an actual experimental method (DCPR) for calculating a resistance (R) and a capacitance (C) used to calculate a voltage model of an energy storage system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a view comparing a change in charge capacity after discharge calculated based on a conventional voltage model and a change in charge capacity calculated by the voltage model calculation method of the present invention.
5 is a voltage model circuit for calculating a voltage of an energy storage system according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows the charge capacity calculated using the method of calculating the charge capacity of the energy storage system using the resistance and capacitance calculation method used to calculate the voltage model of the energy storage system of the present invention and the prior art (current integration method only). Is a diagram comparing the calculated charging capacity.
FIG. 7 is a diagram of a charging capacity and an existing algorithm calculated using a method of calculating a charging capacity of an energy storage system using a resistance and capacitance calculation method used to calculate a voltage model of an energy storage system according to an error condition. It is a drawing comparing the charge capacity calculated by (a conventional technique using a voltage model calculated at a high c-rate and an algorithm having a low specific gravity model in the Kalman filter).
8 is a view comparing the results of the capacity test using the conventional algorithm and the charging capacity estimation method of the present invention.
9 is a view showing the configuration of the energy storage system according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted for simplicity of explanation, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated. As used throughout this specification, the term “step of” or “step of” does not mean “step for”.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected as widely used general terms as possible in consideration of the functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of the person skilled in the art, the emergence of new technologies and the like. In addition, in certain cases, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, in which case the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meanings of the terms and the contents throughout the present invention, rather than the names of the simple terms.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 방법.1. A method of calculating the resistance (R) and capacitance (C) used to calculate a voltage model of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
종래의 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법으로서 전류 적산 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하였다. 전류 적산 방법은 충전 전류와 방전 전류를 시간에 따라 적분하여 충전용량을 결정한다. 그러나, 전류 적산 방법은, 충전 전류와 방전 전류를 측정하는 전류 센서에 오차가 존재하고, 이러한 오차는 전류를 적산하는 시간이 누적됨에 따라 같이 누적되어, 최종적으로 전류 적산 방법으로 산출되는 충전용량의 정확도가 떨어지게 된다.As a method of calculating the charging capacity of the conventional energy storage system, the charging capacity of the energy storage system was calculated using the current integration method. The current integration method integrates the charge current and the discharge current with time to determine the charge capacity. However, in the current integration method, an error exists in the current sensor measuring the charge current and the discharge current, and these errors accumulate together as the time for accumulating the current accumulates, and finally, the charge capacity calculated by the current integration method. The accuracy will be reduced.
종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해 에너지 자장 시스템의 전압 모델과 전류 적산 방법 두 가지를 확장 칼만 필터에 대입하여 보다 정확한 충전용량을 산출하였다.Conventionally, in order to solve this problem, a more accurate charging capacity was calculated by substituting the expansion Kalman filter with the voltage model and the current integration method of the energy magnetic field system.
그러나, 종래에는 확장 칼만 필터에 대입되는 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)가 정확하게 산출되지 않아 에너지 저장 시스템의 충전용량에 오차가 여전히 존재하였다.However, conventionally, the resistance (R) and the capacitance (C) used to calculate the voltage model of the energy storage system substituted into the extended Kalman filter have not been accurately calculated, and there is still an error in the charging capacity of the energy storage system.
따라서 본 발명에서는 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 정확하게 산출하는 방법을 제안한다.Therefore, the present invention proposes a method for accurately calculating the resistance (R) and capacitance (C) used to calculate the voltage model of the energy storage system.
도 1은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 방법이다.1 is a method for calculating the resistance (R), capacitance (C) used to calculate the voltage model of the energy storage system of the present invention.
본 발명은 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)가 사용된다.In the present invention, the resistance R and the capacitance C of the energy storage system are used to calculate a voltage model of the energy storage system.
본 발명의 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법은 낮은 c-rate의 전류를 사용하는 특징이 있다.The method of calculating the resistance (R) and capacitance (C) of the energy storage system of the present invention is characterized by using a low c-rate current.
본 발명에서 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법은, 도 3과 같은 DCPR 방법을 사용하여 산출될 수 있다.In the present invention, the method of calculating the resistance R and the capacitance C of the energy storage system may be calculated using the DCPR method as shown in FIG. 3.
이하에서는 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of calculating the resistance R and the capacitance C of the energy storage system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
1-1. 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 전류 인가 단계(S110)1-1. Current application step (S110) for applying a predetermined current having a constant value to the energy storage system
본 발명은 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하여 에너지 저장 시스템의 전압 변화를 측정하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 값을 산출한다.The present invention measures a change in voltage of the energy storage system by applying a predetermined current having a constant value to the energy storage system, and calculates the resistance (R) and capacitance (C) values of the energy storage system.
상기 전류 인가 단계는, 소정의 충전용량으로 충전되어 있는 상태의 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 단계이다. 이와 같이 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 에너지 저장 시스템에 인가한 후, 다음의 제1 전압 측정 단계를 수행한다.이 때, 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는, 낮은 c-rate를 가지는 전류이다. c-rate는 전류의 세기를 의미할 수 있다.The current applying step is a step of applying a predetermined current having a constant value to the energy storage system in a state of being charged with a predetermined charging capacity. After applying a predetermined current having a constant value to the energy storage system as described above, the following first voltage measuring step is performed. At this time, the predetermined current having a constant value applied is a current having a low c-rate. to be. c-rate may refer to the strength of the current.
인가되는 일정한 값을 가지는 전류는 통산 2 내지 3 c-rate 이상을 가지는 전류를 사용한다. 그런데 본 발명의 발명자는 2 내지 3c-rate보다 낮은 c-rate 전류를 인가하여 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값을 보다 정확하게 산출하는 것을 발명하였다.As a current having a constant value applied, a current having a total of 2 to 3 c-rate or more is used. However, the inventor of the present invention invented to more accurately calculate the resistance and capacitance values of the energy storage system by applying a c-rate current lower than 2 to 3 c-rate.
따라서, 본 발명에서의, 상기 낮은 c-rate 전류는, 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스를 측정할 수 있는 최소 전류 값 내지는 2c-rate 사이 값을 가지는 전류일 수 있다.Accordingly, in the present invention, the low c-rate current may be a current having a value between a minimum current value and a value between 2c-rate and the resistance and capacitance of the energy storage system.
바람직하게는 상기 낮은 c-rate를 가지는 전류는 0.1c-rate의 전류일 수 있으며, 이는 1c-rate의 전류의 1/10에 해당하는 값이다.Preferably, the current having a low c-rate may be a current of 0.1 c-rate, which is a value corresponding to 1/10 of the current of 1 c-rate.
높은 c-rate를 가지는 전류를 인가하면, 전류의 인가가 끝난 후 에너지 저장 시스템의 전압이 변동이 발생한다. 이에 비해, 낮은 c-rate를 가지는 전류를 인가하면, 전류 인가가 끝난 후, 에너지 저장 시스템의 전압이 빠르게 안정되어 보다 정확한 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출할 수 있다.When applying a current having a high c-rate, the voltage of the energy storage system fluctuates after application of the current. On the contrary, when a current having a low c-rate is applied, the voltage of the energy storage system is stabilized quickly after the current is applied, and thus the resistance R and the capacitance C of the energy storage system can be calculated more accurately.
1-2. 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제1 전압 측정 단계(S120)1-2. A first voltage measuring step S120 of measuring a voltage of the energy storage system while a predetermined current having a predetermined value is applied to the energy storage system.
본 발명의 제1 전압 측정 단계는, 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 흐르는 동안에 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 단계이다.The first voltage measuring step of the present invention is a step of measuring the voltage of the energy storage system while a predetermined current having a constant value flows in the energy storage system.
구체적으로, 상기 전압 인가 단계에서 소정의 충전용량으로 충전되어 있는 상태의 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하면, 상기 에너지 저장 시스템의 전압은 소정의 값만큼 변동된다. 이때 측정되는 에너지 저장 시스템의 전압은 후술하는 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 단계에서 사용된다.Specifically, when a predetermined current having a predetermined value is applied to the energy storage system in a state of being charged with a predetermined charging capacity in the voltage applying step, the voltage of the energy storage system is changed by a predetermined value. The voltage of the energy storage system measured at this time is used in the calculation of the resistance (R) and capacitance (C) described later.
1-3. 에너지 저장 시스템에 인가되던 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 끊은 후, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제2 전압 측정 단계(S130)1-3. A second voltage measuring step (S130) of measuring a voltage of the energy storage system after cutting off a predetermined current having a predetermined value applied to the energy storage system.
본 발명의 제2 전압 측정 단계는, 상기 제1 전압 측정 단계가 끝난 후, 일정한 값을 가지는 소정의 전류의 인가를 종료하고, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 단계이다.In the second voltage measuring step of the present invention, after the first voltage measuring step is completed, the application of a predetermined current having a constant value is terminated and the voltage of the energy storage system is measured.
구체적으로, 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되다가 끊어지게 되면, 에너지 저장 시스템의 전압은 변동 된다. 예컨대, 충전 방향으로 전류가 인가되다가 전류가 끊어지는 경우에는 에너지 저장 시스템의 전압이 떨어지고, 방전 방향으로 전류가 인가되다가 전류가 끊어지는 경우에는 에너지 저장 시스템의 전압이 상승할 수 있다. 이때의 측정되는 에너지 저장 시스템의 전압 변동은 후술하는 저항(R) 및 커패시턴스(C) 산출 단계에서 사용된다.Specifically, when a predetermined current having a constant value is applied to the energy storage system and then disconnected, the voltage of the energy storage system is changed. For example, when the current is cut off while the current is applied in the charging direction, the voltage of the energy storage system may drop, and when the current is cut off while the current is applied in the discharge direction, the voltage of the energy storage system may increase. The voltage fluctuation of the energy storage system measured at this time is used in the resistance R and capacitance C calculation steps described later.
1-4. 상기 제1 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 단계(S140)1-4. Resistance (R), capacitance of the energy storage system based on the voltage of the energy storage system measured in the first voltage measuring step, the voltage of the energy storage system measured in the second voltage measuring step, and a predetermined current having the predetermined value. (R) to calculate (C), capacitance (C) calculation step (S140)
본 발명의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 단계는, 상기 제1 전압 측정 단계(S120)에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계(S130)에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출하는 단계이다. 구체적으로, 에너지 저장 시스템에 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 알고 있고, 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류의 흐름 유무에 따른 전압을 알고 있으므로, 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출할 수 있다.In the calculation of the resistance R and the capacitance C of the present invention, the voltage of the energy storage system measured in the first voltage measuring step S120 and the voltage of the energy storage system measured in the second voltage measuring step S130 may be used. And calculating a resistance R and a capacitance C of the energy storage system based on a predetermined current having the predetermined value. Specifically, since a predetermined current having a constant value applied to the energy storage system is known, and a voltage according to whether a predetermined current having the predetermined value flows is known, the resistance R and the capacitance C of the energy storage system are known. ) Can be calculated.
예를 들어, 도 5의 회로에서 상기 Vcell은 OCV 전압과 R0에 인가되는 전압 및 C1에 인가되는 전압을 합한 값이다. 한편, OCV 값은 배터리 셀의 충전용량에 따라 기설정되어 있는 값이고, R0의 저항 값은 시간 t에 측정되는 Vcell전압(Vt)과 시간 t+1에서 측정되는 Vcell전압(Vt+1)과의 차이를 회로에 흐르는 낮은 c-rate 전류로 나눈 값으로 R0에 인가되는 전압 또한 알 수 있다.따라서, C1에 인가되는 전압 값과 전류 값을 알고 있으므로, R1값과 C1 값을 산출할 수 있다.For example, in the circuit of FIG. 5, Vcell is a sum of an OCV voltage, a voltage applied to R 0 and a voltage applied to C 1 . On the other hand, the OCV value is a preset value according to the charge capacity of the battery cell, the resistance value of R 0 is the Vcell voltage (V t ) measured at time t and the Vcell voltage (V t + measured at time t + 1). The voltage applied to R 0 can also be determined by dividing the difference from 1 ) by the low c-rate current flowing in the circuit. Therefore, since the voltage and current values applied to C 1 are known, R 1 and C One value can be calculated.
이와 같은 방법으로 에너지 저장 시스템의 온도를 변경하면서 반복 산출된 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)를 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블 형태로 제작하여 저장될 수 있다.In this manner, the resistance (R) and the capacitance (C) of the energy storage system repeatedly calculated while changing the temperature of the energy storage system may be manufactured and stored in the form of the resistance and capacitance lookup table of the energy storage system for each temperature.
한편, 본 발명에서는 낮은 c-rate(0.1c-rate)를 가지는 전류를 사용했으므로, 상기 제2 전압 측정 단계에서 측정되는 에너지 저장 시스템의 전압이 전류가 흐르지 않은 후에 빠르게 안정되므로, 전류가 흐를 때의 에너지 저장 시스템의 전압과 전류가 흐르지 않을 때의 에너지 저장 시스템의 전압이 정확하게 측정된다.On the other hand, in the present invention, since a current having a low c-rate (0.1c-rate) is used, the voltage of the energy storage system measured in the second voltage measuring step is quickly stabilized after the current does not flow, so when the current flows. The voltage of the energy storage system and the voltage of the energy storage system when no current flows are accurately measured.
따라서, 상술한 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하면, 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출할 수 있다.Therefore, when the voltage model of the energy storage system is calculated using the above-described method of calculating the resistance (R) and capacitance (C) of the energy storage system, and calculating the charging capacity of the energy storage system, the charging of the energy storage system is performed. The dose can be calculated accurately.
한편, 본 발명의 전류 인간 단계와 제1 전압 측정 단계 사이, 제1 전압 측정 단계와 제2 전압 측정 단계 사이에는 소정의 휴지(rest)시간이 있을 수 있다.Meanwhile, there may be a predetermined rest time between the current human step and the first voltage measuring step, and between the first voltage measuring step and the second voltage measuring step.
이하에서는 상술한 본 발명의 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C) 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 정확하게 산출하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of accurately calculating the voltage model of the energy storage system using the above-described method of calculating the resistance (R) and capacitance (C) of the energy storage system of the present invention, and calculating the charging capacity of the energy storage system based on the method Explain.
2. 본 발명의 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법.2. A method of calculating the charging capacity of the energy storage system of the present invention.
종래의 에너지 저장 시스템의 충전용량은 전압 모델과 전류 적산 모델을 확장 칼만 필터의 상태 변수로 대입하여 산출하였다. 그러나 종래에는 전압 모델을 산출할 때 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C) 값이 정확하게 산출되지 않아 산출되는 충전용량에서 오차가 발생하였다.The charge capacity of the conventional energy storage system was calculated by substituting the voltage model and the current integration model as the state variables of the extended Kalman filter. However, in the related art, the resistance (R) and capacitance (C) values used when calculating the voltage model are not accurately calculated, thereby causing an error in the calculated charging capacity.
구체적으로 종래에는 전압 모델을 산출할 때 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)을 산출할 때, 2 내지 3 c-rate 정도의 높은 c-rate의 전류를 사용하여 산출하였다.Specifically, when calculating the resistance (R), capacitance (C) used in the conventional calculation of the voltage model, it was calculated using a high c-rate current of about 2 to 3 c-rate.
그러나 본 발명에서는 전압 모델을 산출할 때 사용되는 저항(R), 커패시턴스(C)를 산출할 때, 낮은 c-rate의 전류를 사용함으로써 저항(R), 커패시턴스(C)의 산출 정확도를 높였다.However, in the present invention, when calculating the resistance (R) and capacitance (C) used when calculating the voltage model, the accuracy of calculating the resistance (R) and capacitance (C) is increased by using a low c-rate current.
한편, 상기 낮은 c-rate 전류는, 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스를 측정할 수 있는 최소 전류 값 내지는 2c-rate 사이 값일 수 있다.Meanwhile, the low c-rate current may be a minimum current value or a value between 2c-rate to measure the resistance and capacitance of the energy storage system.
바람직하게는 상기 낮은 c-rate를 가지는 전류는 0.1c-rate의 전류일 수 있으며, 이는 1c-rate의 전류의 1/10에 해당하는 값이다.도 4는 종래의 전압 모델을 기반으로 산출된 방전 후의 충전용량의 변화와 본 발명의 전압 모델 산출 방법으로 산출된 충전용량의 변화를 비교한 도면이다.Preferably, the low c-rate current may be a current of 0.1 c-rate, which corresponds to 1/10 of a current of 1 c-rate. FIG. 4 is calculated based on a conventional voltage model. It is a figure comparing the change of the charge capacity after discharge with the change of the charge capacity computed by the voltage model calculation method of this invention.
도 4를 살펴보면, 종래의 방식으로 산출된 저항(R), 커패시턴스(C)을 기반으로 전압 모델을 산출하면, 방전 후 확장 칼만 필터로 산출되는 충전용량의 변화율(3%)이 큰 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, when the voltage model is calculated based on the resistance (R) and the capacitance (C) calculated in the conventional manner, it can be seen that the rate of change (3%) of the charge capacity calculated by the extended Kalman filter after discharge is large. have.
방전 이후에는 충전용량의 변화가 없는 것이 정상인데, 종래 방식은 3%의 변화율이 있어, 종래의 방식은 부정확하다.It is normal that there is no change in charge capacity after discharge, but the conventional method has a change rate of 3%, and the conventional method is inaccurate.
그러나 상술한 본 발명과 같이 낮은 c-rate의 전류를 사용하여 산출된 저항(R), 커패시턴스(C)을 기반으로 전압 모델을 산출하면, 방전 후 확장 칼만 필터로 산출되는 충전용량의 변화율(0.5%)이 매우 작은 것을 확인할 수 있다.However, when the voltage model is calculated based on the resistance (R) and the capacitance (C) calculated using the low c-rate current as described above, the rate of change of the charge capacity calculated by the extended Kalman filter after discharge (0.5) You can see that%) is very small.
즉, 본 발명은, 방전 이후에 충전용량의 변화율이 작으므로, 보다 정확하게 충전용량을 산출하는 효과를 가짐을 알 수 있다.That is, the present invention, since the rate of change of the charge capacity after discharge is small, it can be seen that the effect of calculating the charge capacity more accurately.
따라서, 본 발명의 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법을 사용하면 종래보다 정확한 충전용량을 산출할 수 있다. Therefore, using the charging capacity calculation method of the energy storage system of the present invention it is possible to calculate a more accurate charging capacity than conventional.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 확장 칼만 필터의 동작을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating an operation of an extended Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
한편, 확장 칼만 필터는 동적인 시스템에 대해서 외부에서 측정 가능한 변수와 시스템의 외란(외부 오차)을 고려하여 시스템의 상태를 확률 통계적으로 추정할 수 있는 적응적인 소프트웨어 알고리즘이다.On the other hand, the Extended Kalman Filter is an adaptive software algorithm that can probabilistically estimate the state of a system in consideration of externally measurable variables and system disturbances (external error).
구체적으로 확장 칼만 필터는, 상태 변수를 시간 업데이트 시키는 단계, 상기 상태 변수의 오차 공분산을 시간 업데이트하는 단계, 상기 확장 칼만 필터의 칼만 게인(gain)을 산출하는 단계, 상기 산출된 칼만 게인(gain)을 이용하여 상태 변수를 추정하는 단계; 상기 게인(gain)을 이용하여 상기 상태 변수의 오차 공분산을 보정하는 단계를 반복 수행할 수 있다.Specifically, the extended Kalman filter includes: updating a state variable, time updating an error covariance of the state variable, calculating a Kalman gain of the extended Kalman filter, and calculating the calculated Kalman gain. Estimating a state variable using; The step of correcting the error covariance of the state variable using the gain may be repeated.
즉, 확장 칼만 필터는, 추정->보정->추정->보정을 반복적으로 수행하여 오차를 감소시키는 방법이다.That is, the Extended Kalman Filter is a method of reducing the error by repeatedly performing the estimation-> correction-> estimation-> correction.
본 발명에 있어서, 확장 칼만 필터의 상태 방정식은 상태 변수를 포함하여 구성되고 상태 변수를 시간에 따라 업데이트 시킨다. 상태 변수로는 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수와 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수가 사용된다.In the present invention, the state equation of the Extended Kalman Filter is constructed to include the state variable and update the state variable over time. As the state variables, the charge capacity state variables of the energy storage system and the voltage state variables of the energy storage system are used.
2.1 상태 변수 중 하나인 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수를 산출하는 방법2.1 How to calculate the state of charge capacity of an energy storage system, one of the state variables
본 발명의 상태 변수 중 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법은, 에너지 저장 시스템의 전류를 측정하고 측정된 전류를 적산함으로써 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 수 있다.The method of calculating the charging capacity of the energy storage system among the state variables of the present invention may calculate the charging capacity of the energy storage system by measuring the current of the energy storage system and integrating the measured current.
에너지 저장 시스템의 전류를 측정하는 방법으로는 에너지 저장 시스템을 제어 및 관리하는 에너지 저장 시스템 제어부에서 측정되는 에너지 저장 시스템의 전류 정보를 이용할 수 있다.As a method of measuring the current of the energy storage system, current information of the energy storage system measured by the energy storage system controller for controlling and managing the energy storage system may be used.
즉, 충전용량 상태 변수의 초기 값은 에너지 저장 시스템의 전류를 측정하고, 이를 적류 적산법으로 적산함으로써, SOC1 값이 산출될 수 있다.That is, the initial value of the state of charge capacity variable SOC 1 value can be calculated by measuring the current of the energy storage system and integrating it by the integration integration method.
상술한 방법으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수는 확장 칼만 필터에서 아래 수식1로 시간 업데이트될 수 있다.The charge capacity state variable of the energy storage system calculated by the above-described method may be time-updated by
(수식1)(Formula 1)
(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)(Q_capacity: secondary battery capacity, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
2.2 상태 변수 중 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하는 방법.2.2 A method for calculating the voltage state variable of an energy storage system among state variables.
본 발명의 상태 변수 중 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하는 방법은 도 5의 전압 모델 회로를 사용하여 산출될 수 있다.The method for calculating the voltage state variable of the energy storage system among the state variables of the present invention may be calculated using the voltage model circuit of FIG. 5.
도 5의 전압 모델 회로는, 에너지 저장 시스템에 흐르는 소정의 전류 값에 따라 가변되는 개방전압원(210), 적어도 하나의 저항(R0(220), R1(230)), 적어도 하나의 커패시터(C1)을 포함하여 구성된다. 상기 전압 모델 회로를 구성하는 저항(R0(220), R1(230))과 커패시터(C1)의 값은 앞서 설명한 본 발명의 실시 예에 따라 낮은 c-rate의 일정한 값을 가지는 전류로 산출되어 저장되는 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블에서 검출할 수 있다. The voltage model circuit of FIG. 5 includes an
이와 같이 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블에서 상기 전압 모델 회로를 구성하는 저항 및 커패시턴스 값을 검출하게 되면, 전압 상태 변수의 초기 값인 V1 값이 산출될 수 있다.As such, when the resistance and capacitance values constituting the voltage model circuit are detected in the resistance and capacitance lookup table of the energy storage system for each temperature, the initial value V 1 of the voltage state variable may be calculated.
구체적으로, R1, C1, R0 각각의 값과 R1, C1, R0 각각에 흐르는 전류를 알고 있으므로, C1에 인가되는 전압인 V1 값을 산출할 수 있다.More specifically, R 1, C 1, R 0, so to know each value R 1, the current flowing in the C 1, R 0, respectively, can be used to calculate the voltage V 1 is applied to the value C 1.
한편, 상술한 방법으로 산출되는 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수는 아래 수식 2를 사용하여 확장 칼만 필터에서 시간 업데이트될 수 있다.Meanwhile, the voltage state variable of the energy storage system calculated by the above-described method may be time updated in the Extended Kalman
(수식2) (Formula 2)
(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)(Where R1 and C1 are resistance and capacitance values included in the circuit model of FIG. 5, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
2.3 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 에너지 저장 시스템 충전용량 산출 단계2.3 Energy storage system charge capacity calculation step of calculating the charge capacity of energy storage system
한편, 수식 3은 본 발명의 확장 칼만 필터에 상태 변수로 사용되는 상기 수식1(충전용량 상태 변수를 시간 업데이트하는 수식) 및 수식2(전압 상태 변수를 시간 업데이트하는 수식)를 벡터 상태 방정식으로 나타낸 수식이다.
(수식3)(Formula 3)
(단, capacity: 이차 전지의 용량 R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)(Where capacity: capacity R1 and C1 of the secondary battery are resistance and capacitance values included in the circuit model of FIG. 5, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
상기 수식3을 확장 칼만 필터의 초기 값(k=0 일 때)으로 집어 넣어 에너지 저장 시스템의 충전용량을 정확하게 산출될 수 있다.By inserting
본 발명에서 사용되는 확장 칼만 필터는, 다음의 절차 (시간 업데이트(추정)->측정 업데이트(보정)->시간 업데이트(추정)->측정 업데이트 (보정))를 반복적으로 수행하여 산출되는 충전용량의 오차를 줄일 수 있다.The extended Kalman filter used in the present invention is calculated by repeatedly performing the following procedure (time update (estimation)-> measurement update (calibration)-> time update (estimation) -measurement update (calibration)). The error of can be reduced.
(P : 오차 공분산, H : 변환 계수, K : 칼만 게인, Q : 참 값에 대한 표준 편차 A : 상태 변수(수식3), z : 관측 값, R : 관측 참값과의 오차, k : 단계의 차수, u : 추가 입력 값, I : 단위행렬)(P: error covariance, H: transformation coefficient, K: Kalman gain, Q: standard deviation of true values A: state variable (Equation 3), z: observed value, R: error from observed true value, k: step of Order, u: additional input value, I: unit matrix)
그리고 확장 칼만 필터의 오차는 입력되는 상태변수의 오차가 작을수록 더 정확한 값을 산출할 수 있다.The smaller the error of the extended Kalman filter, the smaller the error of the input state variable.
다시 말해, 본 발명은, 상기 낮은 c-rate의 전류로 산출된 저항(R), 커패시턴스(C) 값으로 정확한 전압 모델을 산출하여 확장 칼만 필터에 대입하므로, 종래 기술로 산출된 전압 모델에 비해 오차가 줄어들 수 있다.In other words, the present invention calculates an accurate voltage model using the resistance (R) and capacitance (C) values calculated by the low c-rate current, and substitutes the expanded Kalman filter. The error can be reduced.
<구체적인 실험 데이터><Specific experimental data>
이하에서는 본 발명의 특징인 낮은 c-rate를 사용하여 측정된 에너지 저장 시스템의 저항(R), 커패시턴스(C)을 사용하여 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 생성하고, 이를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출한 결과 데이터와 종래 기술들로 산출된 충전용량의 결과 데이터를 비교하여 설명한다.Hereinafter, a voltage model of the energy storage system is generated by using the resistance (R) and the capacitance (C) of the energy storage system measured using a low c-rate, which is a feature of the present invention, and based on the charging of the energy storage system. The result data of the calculation of the capacity is compared with the result data of the charging capacity calculated by the prior arts.
표1 및 도 6은 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 종래 기술(전류 적산 방법만 사용)로 산출된 충전용량을 비교하는 표 및 도면이다.Tables 1 and 6 show the charge capacity calculated using the method of calculating the charge capacity of the energy storage system using the resistance and capacitance calculation method used to calculate the voltage model of the energy storage system of the present invention and the prior art (current Tables and drawings comparing the charge capacity calculated by the integration method only).
환경
오차 XOut
Error X
오차 OOut
Error O
오차 XOut
Error X
오차 OOut
Error O
표 1에서, 상기 외부 오차는, 전류 센서에 의한 오차이다. 한편, 상기 외부 오차의 유무에 따른 온도 별 오차 값은, 실제 측정한 충전용량 값과 본 발명 또는 종래 방식에 의한 산출 방법으로 산출된 충전용량 값과의 차이이다.In Table 1, the external error is an error caused by the current sensor. On the other hand, the error value for each temperature according to the presence or absence of the external error is a difference between the actual measured charge capacity value and the charge capacity value calculated by the calculation method according to the present invention or the conventional method.
표 1 및 도 6을 살펴보면, 외부 오차가 존재하지 않는 경우(전류 센서에 오차가 없는 경우)에는 종래 기술로 산출된 SOC(충전용량)의 오차가 본 발명의 방법으로 산출된 SOC 오차 보다 적은 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 외부 오차가 존재하는 경우에는 본 발명의 방법으로 산출된 SOC 오차가 종래 기술로 산출된 SOC 오차보다 적은 것을 확인할 수 있다. 또한, 외부 오차가 존재했을 때, SOC 오차 증가율을 살펴보더라도 본 발명의 방법으로 산출된 SOC의 오차는 최대 3%정도인데 비해 종래 기술로 산출된 SCO오차는 최대 7%가 넘어 2배가 넘는 차이가 난다.Referring to Table 1 and FIG. 6, in the case where no external error exists (when there is no error in the current sensor), the error of the SOC (charge capacity) calculated by the prior art is smaller than the SOC error calculated by the method of the present invention. You can check it. In contrast, when an external error exists, it can be confirmed that the SOC error calculated by the method of the present invention is smaller than the SOC error calculated by the prior art. In addition, when there is an external error, even when looking at the increase rate of SOC error, the error of SOC calculated by the method of the present invention is up to about 3%, whereas the SCO error calculated by the prior art is more than doubled by more than 7%. Flies
따라서, 외부 오차가 없는 경우에는 종래 기술이 보다 정확하지만, 실제 에너지 저장 시스템에 사용되는 환경에서는 전류 센서에는 오차가 발생할 수 밖에 없으므로, 실제 사용 환경에서 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법은, 본 발명의 방법이 종래 기술의 방법보다 정확하다고 할 수 있다.Therefore, although there is no external error, the prior art is more accurate, but in an environment used for an actual energy storage system, an error may occur in the current sensor, so a method of calculating the charging capacity of the energy storage system in an actual use environment may include It can be said that the method of the present invention is more accurate than the method of the prior art.
한편, 표 2 및 도 7은 오차 조건을 반영하여 본 발명의 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항 및 커패시턴스 산출 방법을 사용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법을 사용하여 산출된 충전용량과 기존 알고리즘(높은 c-rate로 산출된 전압 모델 및 칼만 필터에서 전압 모델의 비중이 낮은 알고리즘을 사용하는 종래기술)으로 산출된 충전용량을 비교하는 표 및 도면이다.Meanwhile, Tables 2 and 7 are calculated by using the method of calculating the charging capacity of the energy storage system using the resistance and capacitance calculation method used to calculate the voltage model of the energy storage system of the present invention reflecting the error condition. Tables and diagrams comparing the charge capacity calculated with the existing capacity (a conventional technique using a high c-rate voltage model and an algorithm with a low specific gravity of the voltage model in the Kalman filter).
(종래기술)(Prior Art)
표2 및 도 7을 살펴보면, 전류 센서에 +-3%의 오차(외부 오차)가 있는 경우(도 7의(a))에 기존 알고리즘으로 산출된 충전용량의 최대 오차는 2.5%인데 비해, 본 발명의 충전용량(SOC) 산출 방법을 사용하는 경우(도 7의 (b)) 충전용량의 최대 오차는 1%로 기존 알고리즘 보다 본 발명의 충전용량 산출 방법이 오차가 더 적은 것을 확인할 수 있다. 또한, 에너지 저장 시스템의 퇴화도(SOH) 오차(외부 오차)가 +-5%이고, 고정에서 발생되는 공정 용량의 허용 오차(외부 오차) 범위가 +-2.5%인 경우에는 기존 알고리즘으로 산출된 충전용량의 최대 오차는 9%인데 비해, 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하는 경우, 충전용량의 오차는 최대 1.5%인 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 7, when the current sensor has an error of + -3% (external error) (FIG. 7 (a)), the maximum error of the charging capacity calculated by the existing algorithm is 2.5%. When using the method of calculating the charge capacity (SOC) of the invention (Fig. 7 (b)) the maximum error of the charge capacity is 1%, it can be confirmed that the error of the charge capacity calculation method of the present invention than the existing algorithm. In addition, if the SOH error (external error) of the energy storage system is + -5% and the tolerance (external error) range of the process capacity generated from the fixed is + -2.5%, it is calculated by the existing algorithm. While the maximum error of the charging capacity is 9%, when using the charging capacity calculation method of the present invention, it can be seen that the error of the charging capacity is 1.5% at the maximum.
결과적으로, 외부의 오차가 클수록 기존 알고리즘을 사용하여 충전용량을 측정하는 것보다 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하는 것이 오차가 적게 발생하는 것을 확인할 수 있다.As a result, it can be seen that the greater the error of the external, the less the error occurs using the method of calculating the charging capacity of the present invention than measuring the charging capacity using the existing algorithm.
한편, 표 3및 도 8은 기존 알고리즘과 본 발명의 충전용량 추정 방법을 사용하여 용량 테스트를 한 결과를 비교한 표 및 도면이다.On the other hand, Table 3 and Figure 8 is a table and diagram comparing the results of the capacity test using the conventional algorithm and the charging capacity estimation method of the present invention.
(종래기술)(Prior Art)
표 3 및 도 8을 살펴보면, 기존 알고리즘을 사용하여 용량 테스트를 한 결과 충전 방향에서는 최대 3,9%의 오차, 방전 방향에서는 최대 5%의 오차가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하여 용량 테스트를 한 결과 충전 방향에서는 최대 2%, 방전 방향에서는 최대 2,3%의 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.Looking at Table 3 and Figure 8, the capacity test using the existing algorithm can be seen that the error of up to 3,9% in the charging direction, the error of up to 5% in the discharge direction. On the other hand, as a result of the capacity test using the charging capacity calculation method of the present invention, it can be seen that errors of up to 2% in the charging direction and up to 2,3% in the discharge direction occur.
결과적으로, 본 발명의 충전용량 산출 방법을 사용하는 것이 충방전 모두에 대해서 용량 테스트 결과 오차가 적은 것을 확인할 수 있다.As a result, it can be confirmed that using the charging capacity calculation method of the present invention has a small error in the capacity test result for both charging and discharging.
한편, 기존 알고리즘은 상기와 같은 최대 오차가 발생하게 되면 현재의 충전용량을 정확하게 판단하지 못하게 되므로, 최대 1분정도 에너지 저장 시스템이 충전 또는 방전을 지속할 수 있다. 이와 같이 충전 또는 방전을 지속하게 되면 에너지 저장 시스템의 최대 충전용량 또는 최대 방전용량을 벗어난 범위 내에서도 충전 또는 방전이 지속되므로 에너지 저장 시스템에 손상을 줄 수 있다.On the other hand, the existing algorithm does not accurately determine the current charge capacity when the maximum error occurs as described above, the energy storage system for up to one minute Charging or discharging can be continued. If the charging or discharging is continued in this manner, the charging or discharging continues even within a range beyond the maximum charging capacity or the maximum discharging capacity of the energy storage system, which may damage the energy storage system.
3. 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템.3. Energy storage system according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.9 is a view showing the configuration of the energy storage system according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 설명한다.Hereinafter, an energy storage system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9.
본 발명의 실시 예에 다른 에너지 저장 시스템(10)은, 복수개의 배터리 랙(11) 및 상기 복수개의 배터리 랙을 제어하는 BSC(Battery Section Controller)(110)를 포함하여 구성될 수 있다.The
구체적으로, 상기 BSC(110)는, 에너지 저장 시스템의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부(120), 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부(130), 일정한 값을 가지는 소정의 전류로 산출된 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 룩업 테이블이 저장되어 있는 저장부(140) 및 상기 측정된 전압과 전류 및 산출된 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전 용량을 산출하는 충전 용량 산출부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the
일정한 값을 가지는 전류는 통산 2 내지 3 c-rate 이상을 가지는 전류를 사용한다. 그런데 본 발명의 발명자는 2 내지 3c-rate보다 낮은 c-rate 전류를 인가하여 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값을 보다 정확하게 산출하는 것을 발명하였다.Current having a constant value uses a current of 2 to 3 c-rate or more in total. However, the inventor of the present invention invented to more accurately calculate the resistance and capacitance values of the energy storage system by applying a c-rate current lower than 2 to 3 c-rate.
따라서, 본 발명에서의, 상기 낮은 c-rate 전류는, 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스를 측정할 수 있는 최소 전류 값 내지는 2c-rate 사이 값을 가지는 전류일 수 있다.Accordingly, in the present invention, the low c-rate current may be a current having a value between a minimum current value and a value between 2c-rate and the resistance and capacitance of the energy storage system.
바람직하게는 상기 낮은 c-rate를 가지는 전류는 0.1c-rate의 전류일 수 있으며, 이는 1c-rate의 전류의 1/10에 해당하는 값이다.Preferably, the current having a low c-rate may be a current of 0.1 c-rate, which is a value corresponding to 1/10 of the current of 1 c-rate.
한편, 상기 전압 측정부(120)는, 에너지 저장 시스템에 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압인 제1 전압 및 상기 에너지 저장 시스템에 인가되는 전류가 끊긴 후에 에너지 저장 시스템의 전압인 제2 전압을 측정할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 상기 전류 측정부(130)는, 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하고 측정된 에너지 저장 시스템의 출력 전류는, 후술하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 상태 변수 값을 산출하는데 사용된다.Meanwhile, the
상기 저장부(140)에 저장되어 있는 룩업 테이블은, 앞서 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 전압 모델을 산출하는데 사용되는 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 방법에 따라 수행되어 저장될 수 있다.The lookup table stored in the
한편, 상기 충전 용량 산출부(150)는, 상기 룩업 테이블의 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태 변수를 산출하는 전압 상태 변수 산출부(151) 및 상기 측정된 에너지 저장 시스템의 출력 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태 변수를 산출하는 충전용량 상태 변수 산출부(152)를 포함하여 구성되며, 상기 산출된 전압 상태 변수 및 충전용량 상태 변수를 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출할 수 있다.Meanwhile, the
구체적인 에너지 저장 시스템의 충전용량은, 앞서 상술한 본 발명의 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 방법의 절차를 수행하여 산출될 수 있다.The charging capacity of the specific energy storage system may be calculated by performing the procedure of the method for calculating the charging capacity of the energy storage system of the present invention described above.
예를 들어, 상기 충전용량 상태 변수 산출부에서 산출된 충전용량 상태변수는, 하기 수식1에 따라 시간 업데이트 될 수 있다.For example, the charging capacity state variable calculated by the charging capacity state variable calculator may be time-updated according to
(수식1)(Formula 1)
(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)(Q_capacity: secondary battery capacity, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
한편, 상기 전압 상태 변수 산출부에서 산출되는 상기 산출된 전압 상태 변수는, 하기 수식 2에 따라 시간 업데이트 될 수 있다.Meanwhile, the calculated voltage state variable calculated by the voltage state variable calculating unit may be time updated according to
(수식2)(Formula 2)
(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.(Where R1 and C1 are resistance and capacitance values included in the circuit model of FIG. 5, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time) Although described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.On the other hand, although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of explanation and not for the limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
10 : 에너지 저장 시스템
11 : 배터리 랙
110 : BSC
120 : 전압 측정부
130 : 전류 측정부
140 : 저장부
150 : 충전용량 산출부
151 : 전압 상태 변수 산출부
152 : 충전용량 상태 변수 산출부
210 : 개방전압원
220 : R0
230 : R1 10: energy storage system
11: battery rack
110: BSC
120: voltage measuring unit
130: current measuring unit
140: storage unit
150: charging capacity calculation unit
151: voltage state variable calculation unit
152: charging capacity state variable calculation unit
210: open source
220: R 0
230: R 1
Claims (16)
상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 인가하는 전류 인가 단계;
상기 에너지 저장 시스템에 일정한 값을 가지는 소정의 전류가 인가되는 동안의 상기 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제1 전압 측정 단계;
상기 에너지 저장 시스템에 인가되던 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 끊은 후, 에너지 저장 시스템의 전압을 측정하는 제2 전압 측정 단계;
상기 제1 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압, 제2 전압 측정 단계에서 측정된 에너지 저장 시스템의 전압 및 상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류를 기반으로 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 산출하는 저항(R) 및 커패시턴스(C) 산출 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
A method of calculating the resistance (R) and capacitance (C) of an energy storage system,
A current application step of applying a predetermined current having a constant value to the energy storage system;
A first voltage measuring step of measuring a voltage of the energy storage system while a predetermined current having a constant value is applied to the energy storage system;
A second voltage measuring step of measuring a voltage of the energy storage system after breaking a predetermined current having a constant value applied to the energy storage system;
The resistance (R) and capacitance of the energy storage system based on the voltage of the energy storage system measured in the first voltage measuring step, the voltage of the energy storage system measured in the second voltage measuring step, and a predetermined current having the predetermined value. Calculating a resistance (R) and a capacitance (C) for calculating (C);
Charge capacity calculation method of the energy storage system, characterized in that comprises a.
상기 전류 인가 단계에서 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 2c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
The method according to claim 1,
And a predetermined current having a constant value applied in the current application step is a current between a minimum current value and a 2c-rate that can measure resistance and capacitance values of the energy storage system.
상기 전류 인가 단계에서 인가되는 일정한 값을 가지는 소정의 전류는 에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 0.1c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
The method according to claim 2,
The predetermined current having a constant value applied in the current application step is a charging capacity calculation method of the energy storage system, characterized in that the current between the minimum current value and 0.1c-rate capable of measuring the resistance and capacitance values of the energy storage system .
상기 상태 변수를 상기 확장 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 에너지 저장 시스템 충전용량 산출 단계;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
The method of claim 1, further comprising: calculating a state variable of an extended Kalman filter using a resistance and a capacitance of the energy storage system;
Calculating a charge capacity of an energy storage system by substituting the state variable into the extended Kalman filter;
Charge capacity calculation method of the energy storage system, characterized in that further comprises.
상기 확장 칼만 필터는,
상기 상태 변수를 시간 업데이트 시키는 단계;
상기 상태 변수의 오차 공분산을 시간 업데이트하는 단계;
상기 확장 칼만 필터의 칼만 게인(gain)을 산출하는 단계;
상기 게인(gain)을 이용하여 상태 변수를 추정하는 단계;
상기 게인(gain)을 이용하여 상기 상태 변수의 오차 공분산을 보정하는 단계;
를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
The method according to claim 4,
The expansion Kalman filter,
Time updating the state variable;
Time updating the error covariance of the state variable;
Calculating a Kalman gain of the Extended Kalman Filter;
Estimating a state variable using the gain;
Correcting the error covariance of the state variable using the gain;
Method for calculating the charge capacity of the energy storage system, characterized in that for repeating the operation.
상기 상태 변수 산출 단계는,
상기 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태변수를 생성하는 충전용량 상태변수 산출 단계; 및
상기 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태변수를 생성하는 전압 상태변수 산출 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
The method according to claim 4,
The state variable calculating step,
A charge capacity state variable calculating step of generating a state variable for the charge capacity of the energy storage system; And
Calculating a voltage state variable for generating a state variable for a voltage of the energy storage system;
Charge capacity calculation method of the energy storage system, characterized in that comprises a.
상기 충전용량 상태변수 산출 단계는,
상기 에너지 저장 시스템에서 측정된 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 충전용량 상태 변수를 산출하고,
상기 산출된 충전용량 상태변수는 하기 수식1에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
(수식1)
(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)
The method according to claim 6,
The charging capacity state variable calculating step,
A charge capacity state variable is calculated by using a current integration method that integrates the current measured in the energy storage system.
The calculated charge capacity state variable is updated in time according to Equation 1, the charge capacity calculation method of the energy storage system.
(Formula 1)
(Q_capacity: secondary battery capacity, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
상기 전압 상태 변수 산출 단계는,
전압 모델 회로를 사용하여 상기 에너지 저장 시스템의 전압 상태 변수를 산출하고,
상기 산출된 전압 상태변수는 하기 수식 2에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
(수식2)
(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)
The method according to claim 6,
The voltage state variable calculating step,
Calculate a voltage state variable of the energy storage system using a voltage model circuit,
The calculated voltage state variable is time-calculated according to Equation 2, characterized in that the charging capacity calculation method of the energy storage system.
(Formula 2)
(Where R1 and C1 are resistance and capacitance values included in the circuit model of FIG. 5, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
상기 전압 모델 회로는,
상기 에너지 저장 시스템에 흐르는 전류 값에 따라 소정의 전압을 출력하는 개방전압원;
하나 이상의 저항; 및
하나 이상의 커패시터;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 충전용량 산출 방법.
The method according to claim 8,
The voltage model circuit,
An open voltage source outputting a predetermined voltage according to a current value flowing through the energy storage system;
One or more resistors; And
One or more capacitors;
Charge capacity calculation method of the energy storage system, characterized in that comprises a.
상기 복수개의 배터리 랙을 제어하는 BSC(Battery Section Controller);
를 포함하여 구성되는 에너지 저장 시스템에 있어서,
상기 BSC는,
에너지 저장 시스템의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부;
에너지 저장 시스템의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부;
일정한 값을 가지는 소정의 전류로 산출된 온도 별 에너지 저장 시스템의 저항(R) 및 커패시턴스(C) 룩업 테이블이 저장되어 있는 저장부; 및
상기 룩업 테이블을 기반으로 에너지 저장 시스템의 충전 용량을 산출하는 충전 용량 산출부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
A plurality of battery racks; And
A battery section controller (BSC) for controlling the plurality of battery racks;
In the energy storage system configured to include,
The BSC is,
A voltage measuring unit measuring an output voltage of the energy storage system;
A current measuring unit measuring an output current of the energy storage system;
A storage unit for storing a resistance (R) and a capacitance (C) lookup table of the energy storage system for each temperature calculated by a predetermined current having a predetermined value; And
A charge capacity calculator configured to calculate a charge capacity of an energy storage system based on the lookup table;
Energy storage system, characterized in that comprises a.
상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류는,
에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 2c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
The method according to claim 10,
The predetermined current having the constant value is
Energy storage system, characterized in that the current between the minimum current value and the 2c-rate capable of measuring the resistance and capacitance values of the energy storage system.
상기 일정한 값을 가지는 소정의 전류는,
에너지 저장 시스템의 저항 및 커패시턴스 값 측정이 가능한 최소 전류 값 내지 0.1c-rate 사이의 전류인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
The method according to claim 11,
The predetermined current having the constant value is
Energy storage system, characterized in that the current between the minimum current value and 0.1c-rate capable of measuring the resistance and capacitance values of the energy storage system.
상기 전압 측정부는,
상기 에너지 저장 시스템에 소정의 전류가 인가되는 동안의 에너지 저장 시스템의 전압인 제1 전압; 및
상기 에너지 저장 시스템에 인가되는 전류가 끊긴 후에 에너지 저장 시스템의 전압인 제2 전압;
을 측정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
The method according to claim 10,
The voltage measuring unit,
A first voltage which is a voltage of the energy storage system while a predetermined current is applied to the energy storage system; And
A second voltage which is a voltage of the energy storage system after the current applied to the energy storage system is cut off;
Energy storage system, characterized in that for measuring.
상기 충전 용량 산출부는,
상기 룩업 테이블의 저항 및 커패시턴스를 기반으로 에너지 저장 시스템의 전압에 대한 상태 변수를 산출하는 전압 상태 변수 산출부; 및
상기 측정된 출력 전류를 적산하는 전류 적산법을 이용하여 에너지 저장 시스템의 충전용량에 대한 상태 변수를 산출하는 충전용량 상태 변수 산출부;
를 포함하여 구성되며,
상기 산출된 전압 상태 변수 및 충전용량 상태 변수를 칼만 필터에 대입하여 에너지 저장 시스템의 충전용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
The method according to claim 10,
The charging capacity calculation unit,
A voltage state variable calculator for calculating a state variable of a voltage of an energy storage system based on the resistance and capacitance of the lookup table; And
A charge capacity state variable calculation unit configured to calculate a state variable for a charge capacity of an energy storage system by using a current integration method of integrating the measured output current;
It is configured to include,
And calculating the charging capacity of the energy storage system by substituting the calculated voltage state variable and the charging capacity state variable into a Kalman filter.
하기 수식1에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
(수식1)
(단, Q_capacity: 이차 전지의 용량, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)
The method of claim 14, wherein the charge capacity state variable calculated by the charge capacity state variable calculation unit,
Energy storage system, characterized in that the time is updated according to the following formula (1).
(Formula 1)
(Q_capacity: secondary battery capacity, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
상기 전압 상태 변수 산출부에서 산출되는 상기 산출된 전압 상태 변수는,
하기 수식 2에 따라 시간 업데이트 되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
(수식2)
(단, R1 및 C1은 도 5의 회로 모델에 포함된 저항 및 커패시턴스 값, k: 시간 인덱스, I[k]: 시간 인덱스 k에서 측정된 전류, t: 시간)
The method according to claim 14,
The calculated voltage state variable calculated by the voltage state variable calculating unit is
Energy storage system, characterized in that the time is updated according to Equation 2.
(Formula 2)
(Where R1 and C1 are resistance and capacitance values included in the circuit model of FIG. 5, k: time index, I [k]: current measured at time index k, t: time)
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